專利名稱：一種混合動力汽車換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制方法，特別是關(guān)于一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的混合動力汽車換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械自動變速器(AMT)具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和能夠?qū)崿F(xiàn)自動變速等優(yōu)點(diǎn)，但是這種純機(jī)械傳動在換擋過程中會不可避免的出現(xiàn)沖擊和動力中斷現(xiàn)象，導(dǎo)致整車平順性和動力性變差。裝配AMT的混合動力汽車可以充分利用電機(jī)動態(tài)響應(yīng)快、轉(zhuǎn)矩控制準(zhǔn)確的特點(diǎn)，彌補(bǔ)AMT換擋過程中動力中斷和沖擊等不足，改善整車的動力性和平順性。目前關(guān)于混合動力汽車換擋過程協(xié)調(diào)控制的研究主要是根據(jù)實時反饋的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，利用電機(jī)快速響應(yīng)特性進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，使得動力系統(tǒng)輸出總轉(zhuǎn)矩盡可能平穩(wěn)并且滿足駕駛員驅(qū)動力需求，達(dá)到減小換擋沖擊并且保證車輛動力性的目的。但是在實際工程應(yīng)用中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩難以實時精確獲得
發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠改善混合動力汽車在換擋過程中的動力性和平順性問題，且基于電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的混合動力汽車換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種混合動力汽車換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，其包括以下步驟1)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小過程協(xié)調(diào)控制策略①發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略限制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小的速率，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小到預(yù)先設(shè)置的數(shù)值時，斷開離合器；
②主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略a、認(rèn)為在換擋過程中，車輛的運(yùn)動狀態(tài)包括車輛的加速度、車輪的角加速度和主電機(jī)的角加速度不變山、根據(jù)換擋前車輛的運(yùn)動狀態(tài)和換擋過程中駕駛員的駕駛需求,求解換擋過程中主電機(jī)目標(biāo)角加速度；c、維持主電機(jī)目標(biāo)角加速度不變，根據(jù)主電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速；d、采用PID控制算法，輸入主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與主電機(jī)實際轉(zhuǎn)速的差值，將計算得到的主電機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)送給主電機(jī)控制單元；2)選換擋過程協(xié)調(diào)控制策略保持主電機(jī)完全響應(yīng)整車期望轉(zhuǎn)矩；3)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩恢復(fù)過程協(xié)調(diào)控制策略①發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略離合器結(jié)合后，限制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩增加的速率，使其轉(zhuǎn)矩緩慢增加，避免發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)生突變產(chǎn)生波動主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略采用與步驟I)中相同的主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略。所述主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的求解步驟如下1)根據(jù)車輛動力學(xué)方程求解換擋過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)過程的駕駛員所期望的主電機(jī)角加速度a!(J111+J0) a 1 = Tio-Tr其中，Jm為主電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量；J。為從自動變速器輸出軸到車輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量， 其中包括傳動軸、主減速器、車輪與整車質(zhì)量等轉(zhuǎn)換到變速器輸出軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量；Titj為駕駛員需求轉(zhuǎn)矩；I；為外界阻力矩；2)計算換擋過程中，發(fā)生發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)時前n個時刻的主電機(jī)平均角加速度a 2 =i[(Hl) + H-lU+...+ (
AtAtAt式中，COt為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)過程發(fā)生時主電機(jī)實際轉(zhuǎn)速，COt^1為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)過程發(fā)生時前I個控制周期的主電機(jī)實際轉(zhuǎn)速，《卜 為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)過程發(fā)生時前n個控制周期的主電機(jī)實際轉(zhuǎn)速；At為控制周期；3)綜合考慮換擋過程中駕駛員的駕駛需求和換擋前車輛的運(yùn)動狀態(tài)，設(shè)置加權(quán)系數(shù)Q1和，令換擋過程中的主電機(jī)目標(biāo)角加速度為a = O1Q ^o2Q2 ；4)根據(jù)發(fā)生換擋時主電機(jī)實際轉(zhuǎn)速wt，維持換擋過程中主電機(jī)角加速度不變,求得換擋過程主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速《dis= t+at，S*tS 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)過程發(fā)生的累加時間。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其 具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明方法以容易精確實時獲得的主電機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋控制量，避免了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩實時估計不準(zhǔn)確的難題，通過協(xié)調(diào)控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和主電機(jī)轉(zhuǎn)矩，有效地解決了混合動力汽車換擋過程中的沖擊和動力中斷問題，改善了混合動力汽車在換擋過程中的動力性和平順性。本發(fā)明可以廣泛用于各種混合動力汽車換擋過程中。


圖I是本發(fā)明混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明動態(tài)協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)控制流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施實例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I所示，本發(fā)明是一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的混合動力汽車換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，作為本發(fā)明研究對象的混合動力汽車的混合動力系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)I、主電機(jī)
2、副電機(jī)3、自動變速器(AMT)4、主減速器5、逆變器6和動力電池7等。其中，主電機(jī)2被布置在自動變速器4的后端，通過主減速器5與車輪相連，副電機(jī)3被連接于發(fā)動機(jī)I的前端。如圖2所示，本發(fā)明方法包括進(jìn)入控制邏輯、換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略和退出控制邏輯三部分，本發(fā)明主要是在換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略中加入了對主電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制的內(nèi)容，下面對本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。I)進(jìn)入控制邏輯當(dāng)混合動力汽車處于換擋過程時，首先進(jìn)入控制邏輯對工作模式和檔位狀態(tài)進(jìn)行判斷，如果混合動力汽車處于含有發(fā)動機(jī)驅(qū)動的工作模式且期望檔位與實際檔位不同時， 進(jìn)入下一步的換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略；否則，發(fā)動機(jī)和主電機(jī)仍然執(zhí)行原來整車能量管理策略制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和期望主電機(jī)轉(zhuǎn)矩。本步驟在已有技術(shù)中也是要進(jìn)行的， 本發(fā)明與已有技術(shù)的不同體現(xiàn)在步驟2)。2)換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略針對自動變速器換擋所必需的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小、選換擋和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩恢復(fù)三個過程，本發(fā)明制定了相應(yīng)的發(fā)動機(jī)和主電機(jī)的協(xié)調(diào)控制策略。(I)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小過程協(xié)調(diào)控制策略(i)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略限制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小的速率，以避免發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩突然下降而引起的波動，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小到預(yù)先設(shè)置的數(shù)值時(混合動力汽車不同，數(shù)值有變化)，斷開離合器。(ii)主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略
由于整個換擋過程時間很短，因此可以認(rèn)為在這個過程中，車輛的運(yùn)動狀態(tài)即車輛的加速度不變。假設(shè)路面狀態(tài)良好、車輪為純滾動，車輛加速度不變也意味著車輪角加速度和主電機(jī)角加速度不變，根據(jù)這一思路，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小過程中采用以下的主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略首先根據(jù)換擋前車輛的運(yùn)動狀態(tài)和換擋過程中駕駛員的駕駛需求，求解換擋過程中主電機(jī)目標(biāo)角加速度；然后維持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小過程中主電機(jī)目標(biāo)角加速度不變，根據(jù)主電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速；最后采用PID控制算法，輸入主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與主電機(jī)實際轉(zhuǎn)速的差值，將計算得到的主電機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)送給主電機(jī)控制單元。(II)選換擋過程協(xié)調(diào)控制策略在選換擋過程中，發(fā)動機(jī)無轉(zhuǎn)矩輸出，因此要保持主電機(jī)完全響應(yīng)整車期望轉(zhuǎn)矩， 以維持車輛原有的運(yùn)動狀態(tài)，避免動力中斷，其中整車期望轉(zhuǎn)矩由整車能量管理策略中的駕駛員意圖識別獲得。(III)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩恢復(fù)過程協(xié)調(diào)控制策略(i)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略離合器結(jié)合后，限制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩增加的速率，使其緩慢增加，以避免發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩突然增大而引起波動。(ii)主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略采用與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小過程相同的主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略，即維持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩恢復(fù)過程中車輛運(yùn)動狀態(tài)不變，以主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與主電機(jī)實際轉(zhuǎn)速的差值為輸入，以主電機(jī)轉(zhuǎn)矩為輸出，通過PID控制算法，保證主電機(jī)轉(zhuǎn)速和車速能夠平穩(wěn)變化。3)退出控制邏輯當(dāng)目標(biāo)檔位與實際檔位一致，且發(fā)動機(jī)實際轉(zhuǎn)矩和能量管理策略制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩之差在預(yù)先設(shè)置的數(shù)值范圍內(nèi)時，退出換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略，按新檔位行駛。 本步驟在已有技術(shù)中也是要進(jìn)行的。上述實施例中，涉及主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的求解步驟采用PID(比例-積分-微分)控制算法，以保證主電機(jī)轉(zhuǎn)速和車速平穩(wěn)變化，改善發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小和恢復(fù)過程中的沖擊，具體算法如下a)根據(jù)車輛動力學(xué)方程求解換擋過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)過程駕駛員所期望的主電機(jī)角加速度aI (Jm+J0) a i = Tio-Tr(I)其中，Jm為主電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量；J。為從自動變速器輸出軸到車輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量， 其中包括傳動軸、主減速器、車輪與整車質(zhì)量等轉(zhuǎn)換到自動變速器輸出軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量； Tio為駕駛員需求轉(zhuǎn)矩；Tr為外界阻力矩；
b)計算換擋過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)過程發(fā)生時前n個時刻的主電機(jī)平均角加速度a權(quán)利要求
1.一種混合動力汽車換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，其包括以下步驟1)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小過程協(xié)調(diào)控制策略①發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略限制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小的速率，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小到預(yù)先設(shè)置的數(shù)值時，斷開離合器；②主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略a、認(rèn)為在換擋過程中，車輛的運(yùn)動狀態(tài)包括車輛的加速度、車輪的角加速度和主電機(jī)的角加速度不變；b、根據(jù)換擋前車輛的運(yùn)動狀態(tài)和換擋過程中駕駛員的駕駛需求，求解換擋過程中主電機(jī)目標(biāo)角加速度；C、維持主電機(jī)目標(biāo)角加速度不變，根據(jù)主電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速；d、采用PID控制算法，輸入主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與主電機(jī)實際轉(zhuǎn)速的差值，將計算得到的主電機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)送給主電機(jī)控制單元；2)選換擋過程協(xié)調(diào)控制策略保持主電機(jī)完全響應(yīng)整車期望轉(zhuǎn)矩；3)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩恢復(fù)過程協(xié)調(diào)控制策略①發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略離合器結(jié)合后，限制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩增加的速率，使其轉(zhuǎn)矩緩慢增加，避免發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)生突變產(chǎn)生波動；②主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略采用與步驟I)中相同的主電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略。
2.如權(quán)利要求I所述的一種混合動力汽車換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于 所述主電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的求解步驟如下1)根據(jù)車輛動力學(xué)方程求解換擋過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)過程的駕駛員所期望的主電機(jī)角加速度aI (Jm+J0) a i = Tio-Tr其中，Jm為主電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量；J。為從自動變速器輸出軸到車輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量，其中包括傳動軸、主減速器、車輪與整車質(zhì)量等轉(zhuǎn)換到變速器輸出軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為駕駛員需求轉(zhuǎn)矩為外界阻力矩；2)計算換擋過程中，發(fā)生發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小或恢復(fù)時前n個時刻的主電機(jī)平均角加速度a全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的混合動力汽車換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，包括進(jìn)入控制邏輯、換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略和退出控制邏輯三部分；1)進(jìn)入控制邏輯判斷，當(dāng)混合動力汽車處于含有發(fā)動機(jī)驅(qū)動的工作模式，且期望檔位與實際檔位不同時，進(jìn)入下一步換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略；否則發(fā)動機(jī)和電機(jī)仍然執(zhí)行整車能量管理策略制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩。2)進(jìn)入換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略后，針對自動變速器換擋所必需的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小過程、選換擋過程和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩恢復(fù)過程，設(shè)置相應(yīng)的發(fā)動機(jī)和電機(jī)協(xié)調(diào)控制策略。3)當(dāng)目標(biāo)檔位與實際檔位一致，且發(fā)動機(jī)實際轉(zhuǎn)矩與能量管理策略制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩之差在一預(yù)先設(shè)定的數(shù)值范圍內(nèi)時，退出換擋過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略，按新檔位行駛。本發(fā)明可以廣泛用于各種混合動力汽車換擋過程中。
文檔編號B60W30/19GK102616239SQ20121010515
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者張娜, 李克強(qiáng), 楊殿閣, 王建強(qiáng), 羅禹貢, 趙峰, 連小珉, 鄭四發(fā) 申請人:清華大學(xué)